Terbuat dari apakah sendawa? Produksi amonium nitrat

Amonium nitrat diperoleh dengan menetralkan asam nitrat dengan gas amonia menurut reaksi:

NH 3 (g) + NO 3 (l) NH 4 NO 3 +144,9 kJ

Reaksi yang hampir ireversibel ini berlangsung dengan kecepatan tinggi dan dengan pelepasan sejumlah besar panas. Biasanya dilakukan pada tekanan yang mendekati atmosfer; di beberapa negara, pabrik netralisasi beroperasi pada tekanan 0,34 MPa. Dalam produksi amonium nitrat, asam nitrat encer 47-60% digunakan.

Panas dari reaksi netralisasi digunakan untuk menguapkan air dan memekatkan larutan.

Produksi industri meliputi tahapan berikut: netralisasi asam nitrat dengan gas amonia dalam peralatan ITN (penggunaan panas netralisasi); penguapan larutan sendawa, granulasi lelehan sendawa, pendinginan butiran, pengolahan butiran surfaktan, pengemasan sendawa, penyimpanan dan pemuatan, emisi gas dan pengolahan air limbah. Aditif diperkenalkan selama netralisasi asam nitrat.

Gambar 1 menunjukkan diagram unit AS-72 bertonase besar modern dengan kapasitas 1360 t/hari.

Beras. satu.

1 - pemanas asam; 2 - pemanas amonia; 3 - perangkat ITN; 4 - penetralisir; 5 - penguap; 6 - tangki tekanan; 7, 8 - granulator; 9, 23-penggemar; 10 - penggosok cuci; 11 - gendang; 12.14 - konveyor; 13 - lift; aparatus unggun terfluidisasi 15; 16 - menara granulasi; 17 - koleksi; 18, 20 - pompa; 19 - tangki untuk berenang; 21-filter untuk berenang; 22 - pemanas udara

Asam nitrat 58-60% yang masuk dipanaskan dalam pemanas 1 hingga 70-80 o C dengan uap jus dari peralatan ITN 3 dan diumpankan ke netralisasi. Sebelum peralatan 3, asam fosfat dan asam sulfat termal ditambahkan ke asam nitrat dalam jumlah 0,3-0,5% P 2 O 5 dan 0,05-0,2% amonium sulfat, dengan mengandalkan produk jadi.

Asam sulfat dan fosfat disuplai oleh pompa pendorong, yang kinerjanya diatur dengan mudah dan tepat. Unit ini dilengkapi dengan dua perangkat netralisasi yang beroperasi secara paralel. Gas amonia juga disuplai di sini, dipanaskan dalam pemanas 2 dengan kondensat uap hingga 120-130 ° C. Jumlah asam nitrat dan amonia yang disuplai diatur sehingga larutan memiliki sedikit kelebihan asam nitrat di outlet peralatan ITN , memastikan penyerapan lengkap amonia.

Pada bagian bawah alat tersebut dilakukan penetralan asam pada suhu 155-170°C untuk memperoleh larutan yang mengandung 91-92% NH4 NO3. Di bagian atas peralatan, uap air (yang disebut uap jus) dicuci dari cipratan amonium nitrat dan uap HN0 3. Sebagian panas dari uap jus digunakan untuk memanaskan asam nitrat. Selanjutnya, uap jus dikirim untuk dibersihkan di scrubber pencuci dan kemudian dilepaskan ke atmosfer.

Larutan asam amonium nitrat dikirim ke penetral 4, di mana amonia disuplai dalam jumlah yang diperlukan untuk menetralkan larutan. Kemudian larutan diumpankan ke dalam evaporator 5 pada doupar, yang dilakukan oleh uap air pada tekanan 1,4 MPa dan udara dipanaskan sampai sekitar 180 °C. Lelehan yang dihasilkan, mengandung 99,8-99,7% sendawa, melewati filter 21 pada 175 ° C dan diumpankan oleh pompa submersible sentrifugal 20 ke dalam tangki tekanan 5, dan kemudian ke menara granulasi logam persegi panjang 16 dengan panjang 11 m, lebar 8 m dan tinggi puncak kerucut 52,8 m.

Di bagian atas menara adalah granulator 7 dan 8; udara disuplai ke bagian bawah menara, tetesan sendawa yang dingin, yang berubah menjadi butiran. Tinggi jatuh partikel sendawa adalah 50--55m. Desain granulator memastikan produksi butiran dengan komposisi granulometrik yang seragam dengan kandungan minimum butiran kecil, yang mengurangi masuknya debu dari menara melalui udara. Temperatur butiran pada outlet menara adalah 90--110 °C, sehingga dikirim untuk pendinginan ke peralatan unggun terfluidisasi 15. Peralatan unggun terfluidisasi adalah peralatan persegi panjang yang memiliki tiga bagian dan dilengkapi dengan jeruji berlubang . Udara disuplai di bawah jeruji oleh kipas, sehingga menciptakan lapisan terfluidisasi butiran sendawa setinggi 100--150 mm, yang datang melalui konveyor dari menara granulasi. Terjadi pendinginan intensif granul sampai suhu 40°C (tetapi tidak lebih tinggi dari 50°C), sesuai dengan kondisi keberadaan modifikasi IV. Jika suhu udara pendingin di bawah 15°C, maka sebelum memasuki peralatan fluidized bed, udara dipanaskan di dalam penukar panas hingga 20°C. Dalam periode waktu yang dingin, 1-2 bagian dapat beroperasi.

Udara dari peralatan (15) memasuki menara granulasi untuk pembentukan butiran dan pendinginannya.

Butiran amonium nitrat dari peralatan unggun terfluidasi diumpankan oleh konveyor (14) untuk pengolahan dengan surfaktan ke dalam drum berputar 11. Di sini, butiran disemprotkan dengan larutan dispersan NF 40% berair yang disemprotkan. Setelah itu, sendawa melewati pemisah elektromagnetik untuk memisahkan benda logam yang terperangkap secara tidak sengaja dan dikirim ke bunker, untuk kemudian ditimbang dan dikemas dalam kertas atau kantong plastik. Tas diangkut oleh konveyor untuk dimuat ke gerobak atau ke gudang.

Udara yang meninggalkan bagian atas menara granulasi terkontaminasi dengan partikel amonium nitrat, dan uap jus dari penetralisir dan campuran uap-udara dari evaporator mengandung amonia yang tidak bereaksi dan asam nitrat dan partikel amonium nitrat yang terperangkap. Untuk pembersihan di bagian atas menara granulasi, enam scrubber tipe pelat cuci yang beroperasi paralel 10 dipasang, diirigasi dengan larutan amonium nitrat 20-30%, yang disuplai oleh pompa (18) dari tangki. Bagian dari larutan ini dialihkan ke penetral ITN untuk mencuci uap jus, dan kemudian dicampur dengan larutan amonium nitrat dan, oleh karena itu, pergi ke produksi produk.

Bagian dari solusi (20-30%) terus menerus ditarik dari siklus, sehingga siklus habis dan diisi ulang dengan penambahan air. Di outlet setiap scrubber dipasang kipas 9 dengan kapasitas 100.000 m 3 / jam, yang menyedot udara dari menara granulasi dan melepaskannya ke atmosfer.

Amonium nitrat, atau amonium nitrat, NH 4 NO 3 adalah zat kristal putih yang mengandung 35% nitrogen dalam bentuk amonium dan nitrat, kedua bentuk nitrogen mudah diserap oleh tanaman. Amonium nitrat granular digunakan dalam skala besar sebelum disemai dan untuk semua jenis pembalut atas. Dalam skala yang lebih kecil, digunakan untuk produksi bahan peledak.

Amonium nitrat larut dengan baik dalam air dan memiliki higroskopisitas tinggi (kemampuan untuk menyerap kelembaban dari udara), yang menyebabkan butiran pupuk menyebar, kehilangan bentuk kristalnya, terjadi penumpukan pupuk - bahan curah berubah menjadi massa monolitik padat.

Diagram skema produksi amonium nitrat

Untuk mendapatkan amonium nitrat yang praktis tidak menggumpal, sejumlah metode teknologi digunakan. Cara efektif untuk mengurangi laju penyerapan air oleh garam higroskopis adalah granulasinya. Total permukaan butiran homogen kurang dari permukaan jumlah yang sama dari garam kristal halus, oleh karena itu, pupuk granular menyerap kelembaban lebih lambat dari

Amonium fosfat, kalium klorida, magnesium nitrat juga digunakan sebagai aditif yang bekerja sama. Proses produksi amonium nitrat didasarkan pada reaksi heterogen dari interaksi gas amonia dengan larutan asam nitrat:

NH 3 + HNO 3 \u003d NH 4 NO 3; = -144.9kJ

Reaksi kimia berlangsung dengan kecepatan tinggi; dalam reaktor industri, itu dibatasi oleh pembubaran gas dalam cairan. Pencampuran reaktan sangat penting untuk mengurangi retardasi difusi.

Proses teknologi untuk produksi amonium nitrat meliputi, selain tahap menetralkan asam nitrat dengan amonia, tahap penguapan larutan sendawa, granulasi lelehan, pendinginan butiran, pengolahan butiran dengan surfaktan, pengepakan, penyimpanan dan pemuatan. sendawa, pembersih emisi gas dan air limbah. pada gambar. 8.8 menunjukkan diagram unit modern berkapasitas besar untuk produksi amonium nitrat AS-72 dengan kapasitas 1360 ton / hari. Asam nitrat 58-60% asli dipanaskan dalam pemanas hingga 70 - 80 °C dengan uap jus dari peralatan ITN 3 dan diumpankan ke netralisasi. Sebelum peralatan 3, asam fosfat dan asam sulfat ditambahkan ke asam nitrat dalam jumlah sedemikian sehingga produk jadi mengandung 0,3-0,5% P2O5 dan 0,05-0,2% amonium sulfat. Unit ini dilengkapi dengan dua perangkat ITN yang beroperasi secara paralel. Selain asam nitrat, gas amonia disuplai ke mereka, dipanaskan sebelumnya dalam pemanas 2 dengan kondensat uap hingga 120-130 °C. Jumlah asam nitrat dan amonia yang dipasok diatur sedemikian rupa sehingga pada saluran keluar peralatan ITN larutan memiliki sedikit kelebihan asam (2-5 g/l), yang memastikan penyerapan amonia secara lengkap.

Di bagian bawah peralatan, reaksi netralisasi berlangsung pada suhu 155-170 °C; ini menghasilkan larutan pekat yang mengandung 91-92% NH 4 NO 3 . Di bagian atas peralatan, uap air (yang disebut uap jus) dicuci dari cipratan amonium nitrat dan uap asam nitrat. Bagian dari panas uap jus digunakan untuk memanaskan asam nitrat. Kemudian uap jus dikirim untuk pemurnian dan dilepaskan ke atmosfer.

Gambar 8.8 Skema unit amonium nitrat AS-72:

1 – pemanas asam; 2 – pemanas amonia; 3 – perangkat ITN; 4 - after-neutralizer; 5 – penguap; 6 - tangki tekanan; 7.8 - granulator; 9.23 - penggemar; 10 – penggosok cuci; 11 - gendang; 12.14 - konveyor; 13 - lift; 15 – aparatus unggun terfluidisasi; 16 - menara granulasi; 17 - koleksi; 18, 20 - pompa; 19 - tangki untuk berenang; 21 - filter untuk berenang; 22 - pemanas udara.

Larutan asam amonium nitrat dikirim ke penetral 4; di mana amonia masuk, diperlukan untuk interaksi dengan asam nitrat yang tersisa. Kemudian larutan diumpankan ke evaporator 5. Lelehan yang dihasilkan, mengandung 99,7-99,8% nitrat, melewati filter 21 pada 175 ° C dan diumpankan ke tangki tekanan 6 oleh pompa submersible sentrifugal 20, dan kemudian ke persegi panjang menara granulasi logam 16.

Di bagian atas menara ada granulator 7 dan 8, bagian bawahnya disuplai dengan udara, yang mendinginkan tetesan sendawa yang jatuh dari atas. Selama jatuhnya sendawa turun dari ketinggian 50-55 m, butiran pupuk terbentuk ketika udara mengalir di sekitarnya. Suhu pelet di outlet menara adalah 90-110 °C; butiran panas didinginkan dalam peralatan unggun terfluidisasi 15. Ini adalah peralatan persegi panjang yang memiliki tiga bagian dan dilengkapi dengan jeruji berlubang. Kipas memasok udara di bawah jeruji; ini menciptakan unggun terfluidisasi dari butiran nitrat yang datang melalui konveyor dari menara granulasi. Udara setelah pendinginan memasuki menara granulasi. Butiran amonium nitrat konveyor 14 disajikan untuk perawatan dengan surfaktan dalam drum berputar. Kemudian pupuk yang sudah jadi dikirim ke kemasan oleh konveyor 12.

Udara yang meninggalkan menara granulasi terkontaminasi dengan partikel amonium nitrat, dan uap jus dari penetralisir dan campuran uap-udara dari evaporator mengandung amonia dan asam nitrat yang tidak bereaksi, serta partikel amonium nitrat yang terbawa.

Untuk membersihkan aliran ini di bagian atas menara granulasi, ada enam scrubber tipe pelat cuci yang beroperasi paralel 10, diirigasi dengan larutan amonium nitrat 20-30%, yang disuplai oleh pompa 18 dari koleksi 17. Bagian dari larutan ini dialihkan ke penetral ITN untuk mencuci uap jus, dan kemudian dicampur dengan larutan sendawa, dan, oleh karena itu, digunakan untuk membuat produk. Udara murni disedot keluar dari menara granulasi oleh kipas 9 dan dilepaskan ke atmosfer.

Proses teknologi untuk produksi amonium nitrat terdiri dari tahapan utama berikut: netralisasi asam nitrat dengan gas amonia, penguapan larutan amonium nitrat, kristalisasi dan granulasi lelehan.

Gas amonia dari pemanas 1 dan asam nitrat dari pemanas 2 pada suhu 80-90 0 C masuk ke peralatan ITP 3. Untuk mengurangi kehilangan amonia, bersama dengan uap, reaksi dilakukan dalam asam berlebih. Larutan amonium nitrat dari alat 3 dinetralkan dalam after-neutralizer 4 dengan amonia dan memasuki evaporator 5 untuk penguapan ke dalam menara granulasi persegi panjang 16.

Gbr.5.1. Skema teknologi untuk produksi amonium nitrat.

1 - pemanas amonia, 2 - pemanas asam nitrat, 3 - peralatan ITN (menggunakan panas netralisasi), 4 - penetral tambahan, 5 - evaporator, 6 - tangki tekanan, 7,8 - granulator, 9,23 - kipas, 10 - scrubber cuci, 11 drum, 12,14- konveyor, 13-elevator, 15 peralatan fluidized bed, menara 16-granulasi, 17-kolektor, 18,20-pompa, tangki 19-float, filter 21-float, 22 - pemanas udara.

Di bagian atas menara ada granulator 7 dan 8, bagian bawahnya disuplai dengan udara, yang mendinginkan tetesan sendawa yang jatuh dari atas. Selama jatuhnya sendawa turun dari ketinggian 50-55 meter, ketika udara mengalir di sekitarnya, butiran terbentuk, yang didinginkan dalam peralatan unggun terfluidisasi 15. Ini adalah peralatan persegi panjang yang memiliki tiga bagian dan kisi-kisi berlubang. Kipas memasok udara di bawah jeruji. Tempat tidur butiran sendawa yang terfluidisasi dibuat, berasal dari menara granulasi melalui konveyor. Udara setelah pendinginan memasuki menara granulasi.

Butiran amonium nitrat konveyor 14 disajikan untuk diproses dengan surfaktan dalam drum berputar 11. Kemudian konveyor pupuk jadi 12 dikirim ke paket.

Udara yang meninggalkan menara granulasi terkontaminasi dengan amonium nitrat, dan uap jus dari penetralisir mengandung amonia dan asam nitrat yang tidak bereaksi, serta partikel amonium nitrat yang terbawa. Untuk membersihkan aliran ini di bagian atas menara granulasi, ada enam scrubber tipe pelat cuci yang beroperasi paralel 10, diirigasi dengan larutan sendawa 20-30%, yang disuplai oleh pompa 18 dari koleksi 17. ke larutan sendawa, dan, oleh karena itu, digunakan untuk membuat produk. Udara murni disedot keluar dari menara granulasi oleh kipas 9 dan dilepaskan ke atmosfer.

PENGANTAR

Industri nitrogen adalah salah satu industri dengan pertumbuhan tercepat.

Asam nitrat adalah salah satu produk awal untuk produksi sebagian besar zat yang mengandung nitrogen dan merupakan salah satu asam yang paling penting.

Dalam hal skala produksi, asam nitrat menempati urutan kedua di antara berbagai asam setelah asam sulfat. Besarnya skala produksi dijelaskan oleh fakta bahwa asam nitrat dan garamnya telah menjadi sangat penting dalam perekonomian nasional.

Konsumsi asam nitrat tidak terbatas pada produksi pupuk. Ini menemukan aplikasi luas dalam produksi semua jenis bahan peledak, sejumlah garam teknis, dalam industri sintesis organik, dalam produksi asam sulfat, dalam teknologi roket, dan di banyak cabang ekonomi nasional lainnya.

Produksi industri asam nitrat didasarkan pada oksidasi katalitik amonia dengan oksigen atmosfer, diikuti dengan penyerapan oksida nitrogen yang dihasilkan oleh air.

Tujuan dari proyek kursus ini adalah untuk mempertimbangkan tahap pertama produksi asam nitrat - oksidasi kontak amonia, serta perhitungan bahan dan neraca panas reaktor.

Dalam skema teknologi untuk produksi asam nitrat, proses oksidasi katalitik amonia penting, karena menentukan tiga indikator utama - konsumsi amonia, investasi dan kerugian logam platinum, serta kemampuan energi skema. Dalam hal ini, peningkatan proses oksidasi katalitik amonia sangat penting untuk produksi asam nitrat dan pupuk mineral pada umumnya.

1. KARAKTERISTIK ASAM NITRIK

1.1 Varietas asam nitrat

Dalam industri, 2 tingkat asam nitrat digunakan: encer (lemah) dengan kandungan 30-60% HNO3 dan pekat, mengandung 97-99% HNO3, serta sejumlah kecil asam nitrat reaktif dan sangat murni. Kualitas asam nitrat yang dihasilkan harus memenuhi standar yang telah ditetapkan.

Menurut parameter fisikokimia, asam nitrat pekat harus memenuhi standar yang ditentukan dalam tabel 1.

Tabel 1 - Persyaratan untuk kualitas asam nitrat pekat (GOST 701-89)

Kualitas asam nitrat yang dihasilkan harus memenuhi standar yang ditetapkan yang ditunjukkan pada tabel 2 dan 3.

Tabel 2 - Persyaratan kualitas untuk asam nitrat non-konsentrat (OST 6-03-270-76)

Tabel 3 - Persyaratan kualitas asam nitrat (GOST 4461-67)

Kandungan dalam %, tidak lebih 005Sulfat (SO42)-0,00020.00050.002Fosfat (PO43-)0.000020.00020.002Klorida (Cl-)0.000050.00010.0005Besi (Fe)0.000020.00010.0003Kalsium (Ca)0.00050 .0010.002Arsenik (As)0.0000020. 0000030.00001Logam Berat (Pb)0.000020.00050.0005

1.2 Penggunaan asam nitrat

Asam nitrat digunakan dalam berbagai bidang kegiatan:

1)pada detail galvanisasi dan pelapisan krom;

)untuk produksi pupuk mineral;

)memperoleh bahan peledak (industri militer);

)dalam produksi obat-obatan (farmasi);

)memperoleh perak nitrat untuk fotografi;

)untuk etsa dan ukiran bentuk logam;

)sebagai bahan baku untuk memperoleh asam nitrat pekat;

)dalam hidrometalurgi;

)dalam perhiasan - cara utama untuk menentukan emas dalam paduan emas;

)untuk mendapatkan senyawa nitro aromatik - prekursor pewarna, sediaan farmakologis dan senyawa lain yang digunakan dalam sintesis organik halus;

)untuk mendapatkan nitroselulosa.

1.3 Sifat asam nitrat

3.1 Sifat fisik asam nitrat

Asam nitrat adalah salah satu asam monobasa kuat dengan bau menyengat yang menyesakkan, sensitif terhadap cahaya dan, dalam cahaya terang, terurai menjadi salah satu oksida nitrogen (juga disebut gas coklat - NO2) dan air. Karena itu, diinginkan untuk menyimpannya dalam wadah gelap. Dalam keadaan terkonsentrasi, tidak melarutkan aluminium dan besi, sehingga dapat disimpan dalam wadah logam yang sesuai. Asam nitrat - adalah elektrolit kuat (seperti banyak asam) dan zat pengoksidasi yang sangat kuat. Ini sering digunakan dalam reaksi dengan zat organik.

Nitrogen dalam asam nitrat adalah tetravalen, keadaan oksidasi +5. Asam nitrat adalah cairan tidak berwarna yang berasap di udara, titik leleh -41,59 , titik didih +82.6 dengan ekspansi parsial. Kelarutan asam nitrat dalam air tidak terbatas. Larutan encer HNO3 dengan fraksi massa 0,95-0,98 disebut "asam nitrat berasap", dengan fraksi massa 0,6-0,7 - asam nitrat pekat. Membentuk campuran azeotropik dengan air (fraksi massa 68,4%, d20 = 1,41 g/cm, Tboil = 120,7 )

Ketika mengkristal dari larutan berair, asam nitrat membentuk hidrat kristal:

) HNO3 H2O monohidrat, Tmelt = -37,62 ;

2) HNO3 3H2O trihidrat, Tmelt = -18,47 .

Asam nitrat, seperti ozon, dapat terbentuk di atmosfer selama kilatan petir. Nitrogen, yang membentuk 78% dari udara atmosfer, bereaksi dengan oksigen atmosfer untuk membentuk oksida nitrat NO. Setelah oksidasi lebih lanjut di udara, oksida ini berubah menjadi nitrogen dioksida (gas coklat NO2), yang bereaksi dengan kelembaban atmosfer (awan dan kabut), membentuk asam nitrat.

Tetapi jumlah yang begitu kecil sama sekali tidak berbahaya bagi ekologi bumi dan organisme hidup. Satu volume asam nitrat dan tiga volume asam klorida membentuk senyawa yang disebut aqua regia. Ia mampu melarutkan logam (platinum dan emas) yang tidak larut dalam asam biasa. Ketika kertas, jerami, kapas dimasukkan ke dalam campuran ini, oksidasi yang kuat akan terjadi, bahkan penyalaan.

1.3.2 Sifat kimia asam nitrat

Asam nitrat menunjukkan sifat kimia yang berbeda tergantung pada konsentrasi dan zat yang bereaksi.

Jika asam nitrat terkonsentrasi:

1) dengan logam - besi (Fe), krom (Cr), aluminium (Al), emas (Au), platinum (Pt), iridium (Ir), natrium (Na) - tidak berinteraksi karena pembentukan pelindung film di permukaannya, yang tidak memungkinkan oksidasi lebih lanjut dari logam. Dengan semua logam lainnya<#"justify">HNO3 conc + Cu = Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O (1)

2) dengan non-logam<#"justify">konsentrasi HNO3 + P = H3PO4 + 5NO2 + H2O (2)

Jika asam nitrat encer:

1) ketika berinteraksi dengan logam alkali tanah, serta dengan seng (Zn), besi (Fe), dioksidasi menjadi amonia (NH3) atau menjadi amonium nitrat (NH4NO3). Misalnya, ketika bereaksi dengan magnesium (Mg):

HNO3 encer + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O (3)

Tetapi nitrous oxide (N2O) juga dapat terbentuk, misalnya ketika bereaksi dengan magnesium (Mg):

HNO3 encer + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + N2O + 3H2O (4)

Bereaksi dengan logam lain untuk membentuk oksida nitrat (NO), misalnya, melarutkan perak (Ag):

HNO3 encer + Ag = AgNO3 + NO + H2O (5)

2) bereaksi sama dengan non-logam, seperti belerang<#"justify">HNO3 encer + S = H2SO4 + 2NO (6)

Oksidasi belerang menjadi pembentukan asam sulfat dan pelepasan gas - nitrogen oksida;

3) reaksi kimia dengan oksida logam, misalnya kalsium oksida:

HNO3 + CaO = Ca(NO3)2 + H2O (7)

Garam (kalsium nitrat) dan air terbentuk;

) reaksi kimia dengan hidroksida (atau basa), misalnya, dengan kapur mati:

HNO3 + Ca(OH)2 = Ca(NO3)2 + H2O (8)

Garam (kalsium nitrat) dan air terbentuk - reaksi netralisasi;

) reaksi kimia dengan garam, misalnya dengan kapur:

HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2 (9)

Garam (kalsium nitrat) dan asam lain (dalam hal ini, asam karbonat, yang terurai menjadi air dan karbon dioksida) terbentuk.

6) tergantung pada logam terlarut, penguraian garam pada suhu terjadi sebagai berikut:

a) logam apa pun (dilambangkan sebagai Me) hingga magnesium (Mg):

MeNO2 + O2 (10)

b) logam apa pun dari magnesium (Mg) hingga tembaga (Cu):

3 = MeO + NO2 + O2 (11)

c) logam apa pun setelah tembaga (Cu):

3 = Saya + NO2 + O2(12)

2. METODE UNTUK MEMPEROLEH ASAM NITRIK

katalis asam nitrat amonia

Metode industri untuk memproduksi asam nitrat encer meliputi langkah-langkah berikut:

) memperoleh oksida nitrat (II);

2) oksidasinya menjadi oksida nitrat (IV);

3) penyerapan NO2 oleh air;

4) pemurnian gas buang (terutama yang mengandung molekul nitrogen) dari nitrogen oksida.

Asam nitrat pekat diperoleh dengan dua cara:

1) metode pertama terdiri dari perbaikan campuran terner yang mengandung asam nitrat, air dan zat penghilang air (biasanya asam sulfat atau magnesium nitrat). Akibatnya, uap asam nitrat 100% (yang mengembun) dan larutan berair dari zat dewatering diperoleh, yang terakhir diuapkan dan kembali ke produksi;

2) metode kedua didasarkan pada reaksi:

N2O4(t) + 2H2O(l) + O2(g) = 4HNO3(l) + 78,8 kJ (13)

Pada tekanan 5 MPa dan menggunakan O2 murni, 97-98% asam terbentuk, mengandung hingga 30% berat nitrogen oksida. Produk target diperoleh dengan distilasi larutan ini. Asam nitrat kemurnian tinggi diperoleh dengan distilasi dengan asam nitrat 97-98,5% dalam peralatan kaca silikat atau kuarsa. Kandungan pengotor dalam asam semacam itu kurang dari 110-6% berat.

3. BAHAN BAKU DASAR DALAM PEMBUATAN ASAM NITRIK NON KONSENTRASI

Bahan baku utama untuk produksi asam nitrat non-konsentrat saat ini adalah amonia, udara dan air. Bahan pembantu dan sumber energi adalah katalis untuk oksidasi amonia dan pemurnian gas buang, gas alam, uap dan listrik.

1. Amonia. Dalam kondisi normal, itu adalah gas tidak berwarna dengan bau menyengat, mudah larut dalam air dan pelarut lainnya, membentuk hemi- dan monohidrat. Titik balik dalam pengembangan produksi amonia sintetik adalah penggunaan metode yang saat ini dominan dalam industri untuk memproduksi hidrogen dengan mengubah metana yang terkandung dalam gas alam menjadi gas minyak terkait dan produk minyak olahan. Kandungan pengotor dalam amonia cair diatur oleh GOST 6221-82. Pengotor yang paling umum adalah: air, minyak pelumas, debu katalis, kerak, amonium karbonat, gas terlarut (hidrogen, nitrogen, metana). Jika GOST dilanggar, pengotor yang terkandung dalam amonia dapat masuk ke dalam campuran amonia-udara dan mengurangi keluaran nitrogen oksida (II), dan hidrogen dan metana dapat mengubah batas ledakan campuran amonia-udara.

Udara. Untuk perhitungan teknis, diasumsikan bahwa udara kering mengandung [%, (vol.)]: N2 = 78,1, O2 = 21,0, Ar2 = 0,9, H2O = 0,1-2,8. Mungkin juga ada jejak SO2, NH3, CO2 di udara. Di kawasan industri, udara tercemar debu dari berbagai asal, serta berbagai komponen emisi gas buronan (SO2, SO3, H2S, 2H2, Cl2, dll). Jumlah debu di udara adalah 0,5-1,0 mg/m3.

3. Air. Ini digunakan dalam produksi asam nitrat untuk irigasi kolom penyerapan, untuk menghasilkan uap selama pemulihan panas dalam boiler panas limbah, untuk peralatan reaksi pendinginan. Untuk penyerapan nitrogen oksida, kondensat uap dan air yang dimurnikan secara kimia paling sering digunakan. Dalam beberapa skema, diperbolehkan menggunakan kondensat uap jus amonium nitrat. Bagaimanapun, air yang digunakan untuk mengairi kolom tidak boleh mengandung amonia bebas dan suspensi padat, kandungan ion klorida tidak boleh lebih dari 2 mg/l, minyak tidak lebih dari 1 mg/l, NH4NO3 - tidak lebih dari 0,5 g/l . Air yang dimurnikan secara kimia untuk boiler limbah panas harus memenuhi persyaratan GOST 20995-75. Air proses yang dimaksudkan untuk menghilangkan panas dalam penukar panas dan pendingin peralatan (air sirkulasi) harus memenuhi persyaratan berikut: kesadahan karbonat tidak lebih dari 3,6 meq/kg, kandungan padatan tersuspensi tidak lebih dari 50 mg/kg, nilai pH 6,5-8 ,5 .

4. Oksigen. Ini terutama digunakan dalam produksi asam nitrat pekat dengan sintesis langsung. Dalam beberapa kasus, digunakan untuk memperkaya campuran amonia-udara ketika memperoleh asam nitrat non-konsentrat.

4. KONTAK OKSIDASI AMONIA

4.1 Basis fisika dan kimia dari proses

Metode modern untuk produksi asam nitrat didasarkan pada oksidasi kontak amonia. Selama oksidasi amonia pada berbagai katalis dan tergantung pada kondisi, reaksi berikut terjadi:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 907,3 kJ (14)

4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O + 1104,9 kJ (15)

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1269,1 kJ (16)

Selain reaksi (14-16), reaksi lain juga mungkin terjadi, terjadi di lapisan dekat permukaan katalis. Misalnya dekomposisi NO, interaksi N2O, NO2 dan NH3:

TIDAK N2+O2 (17)

2NH3 + 3N2O = 4N2 + 3H2O (18)

NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O (19)

Secara alami, reaksi (14) akan "berguna". Perhitungan termodinamika menunjukkan bahwa reaksi (14-16) praktis berlangsung sampai selesai.

Konstanta kesetimbangan untuk reaksi balik (14-16) pada 900 ° C memiliki nilai-nilai berikut:

(20)

(21)

(22)

K1 = ,(23)

dimana k1 - NO + H2O; k2 - NH3 + O2.

Pada 900 konversi katalitik amonia menjadi produk akhir mencapai 100%, yaitu prosesnya praktis tidak dapat diubah.

Namun, persamaan (14-16) tidak mencerminkan mekanisme proses yang sebenarnya, karena dalam kasus ini sembilan molekul harus bertumbukan secara simultan dalam reaksi (14); dalam reaksi (16) - tujuh molekul. Ini hampir tidak bisa dipercaya.

Beberapa mekanisme oksidasi amonia pada katalis telah diusulkan. Perbedaan pemikiran tentang mekanisme adalah sebagai berikut:

1) pembentukan NO dan N2 melalui zat antara pada katalis;

2) pembentukan NO terjadi pada katalis, dan pembentukan N2 pada katalis dan pada volume gas.

Berdasarkan hal di atas (tentang konstanta kesetimbangan dan mekanisme oksidasi), dapat dinyatakan bahwa katalis yang dipilih harus memiliki aktivitas tinggi (laju reaksi tinggi dan waktu kontak pendek: semakin besar, kemungkinan pembentukan N2 meningkat) dan selektivitas terhadap reaksi (14).

Di antara beberapa mekanisme yang diusulkan oleh para ilmuwan kita dan asing, mekanisme yang diusulkan oleh L.K. Androsov, G.K. Boreskov, D.A. Epstein.

Mekanismenya dapat disajikan langkah demi langkah sebagai berikut:

Tahap 1 - oksidasi permukaan platinum. Kompleks katalis-oksigen peroksida terbentuk (Gambar 1).

Gambar 1 - Struktur kompleks katalis-oksigen peroksida

tahap - difusi dan adsorpsi amonia pada permukaan platinum yang dilapisi oksigen. Kompleks katalis-oksigen-amoniak terbentuk (Gambar 2).

Gambar 2 - Struktur kompleks katalis-oksigen-amonia

tahapannya adalah redistribusi ikatan elektronik, pemutusan ikatan lama dan penguatan ikatan baru.

tahap - desorpsi produk dan difusi ke dalam aliran gas (senyawa NO dan H2O yang stabil dikeluarkan dari permukaan).

Pusat yang dibebaskan menyerap oksigen lagi, karena laju difusi oksigen lebih tinggi daripada amonia, dll. Menurut para ilmuwan, oksigen yang memasuki kisi katalis (kontak non-platinum) tidak berpartisipasi dalam reaksi oksidasi amonia (dibuktikan dengan metode atom berlabel).

Konversi amonia menjadi nitrogen, menurut I.I. Berger dan G.K. Boreskov, dapat terjadi dalam volume sebagai akibat dari reaksi amonia, baik dengan oksigen maupun dengan oksida nitrat.

Ada daerah kinetik, transisi dan difusi dari proses. Daerah kinetik adalah karakteristik suhu rendah: dibatasi oleh suhu penyalaan katalis, di mana pemanasan spontan yang cepat dari permukaannya dicatat, yaitu, hingga suhu penyalaan, laju dibatasi oleh laju reaksi kimia. di kontak. Pada T > Tzazh sudah difusi mengontrol proses - reaksi kimianya cepat. Proses masuk ke daerah difusi. Ini adalah area ini (600-1000 ) khas untuk proses autotermal stasioner dalam kondisi industri. Ini menyiratkan peningkatan yang sangat diperlukan dalam kecepatan volumetrik gas dan penurunan waktu kontak.

Reaksi oksidasi amonia pada katalis aktif dimulai lebih awal: pada paladium (Pd) pada 100 , pada platina (Pt) pada 145 , pada besi (Fe) pada 230 , pada oksida logam, suhu awal reaksi sangat bervariasi. Pada saat yang sama, ia mencapai tingkat dan tingkat transformasi yang cukup pada T> 600 .

4.2 Katalis oksidasi amonia

Hampir semua pabrik asam nitrat menggunakan platinum atau paduannya sebagai katalis untuk oksidasi amonia.

Platinum adalah katalis yang mahal, tetapi mempertahankan aktivitas tinggi untuk waktu yang lama, memiliki stabilitas dan kekuatan mekanik yang cukup, dan mudah diregenerasi. Akhirnya, dengan bentuk jaringan katalis yang modern, penggunaan platina memungkinkan untuk menggunakan jenis peralatan kontak yang paling sederhana. Itu mudah dinyalakan, dan konsumsinya per unit produksi dapat diabaikan.

Dalam produksi asam nitrat, pembawa untuk platinum dan paduannya tidak digunakan, karena dengan adanya pembawa, aktivitas katalis menurun relatif cepat dan regenerasinya menjadi lebih sulit. Di pabrik modern, platinum untuk katalis digunakan dalam bentuk kisi-kisi. Bentuk jala menciptakan permukaan katalis yang besar dalam peralatan kontak dengan konsumsi platina yang relatif rendah. Grid biasanya digunakan dengan diameter kawat 0,045-0,09 mm dengan dimensi pada sisi sel 0,22 mm. Area jaring yang tidak ditempati oleh kawat kira-kira 50-60% dari total luasnya. Saat menggunakan ulir dengan diameter berbeda, jumlah anyaman diubah sehingga area bebas yang tidak ditempati oleh kawat tetap dalam batas yang ditentukan.

Dalam perangkat kontak yang beroperasi di bawah tekanan atmosfer. pasang dari 2 hingga 4 kisi, sebagian besar 3, dan pada perangkat yang beroperasi di bawah tekanan hingga 8 atm - dari 13 hingga 16 kisi. Ketika satu kisi dipasang, beberapa molekul amonia tidak bersentuhan dengan katalis, yang mengurangi hasil oksida nitrat. Dalam kondisi terbaik, tingkat kontak dapat mencapai 86-90% pada satu mata jaring, 95-97% pada dua mata jaring, dan 98% pada tiga mata jaring. Saat bekerja di bawah tekanan atmosfer, lebih dari 4 kisi tidak digunakan, karena dengan sejumlah besar kisi, meskipun kinerja peralatan kontak meningkat, resistensi terhadap aliran gas meningkat pesat. Grid harus pas satu sama lain, karena, jika tidak, di ruang bebas antara grid, serangkaian reaksi homogen terjadi, mengurangi output oksida nitrat.

Dalam proses kerja, kisi-kisi platinum sangat dilonggarkan. Benangnya yang halus dan mengkilap menjadi kenyal dan matte, jaring elastis menjadi rapuh. Pembentukan permukaan yang kenyal dan longgar meningkatkan ketebalan benang. Semua ini menciptakan permukaan jaringan yang sangat berkembang, yang meningkatkan aktivitas katalitik platinum. Hanya keracunan katalis dengan pengotor yang datang dengan gas yang selanjutnya dapat menyebabkan penurunan aktivitasnya.

Melonggarnya permukaan kain kasa platinum dari waktu ke waktu menyebabkan penghancuran kain kasa yang kuat, yang menyebabkan kerugian besar dari platinum.

Platinum yang dimaksudkan untuk pembuatan katalis tidak boleh mengandung besi, yang sudah pada 0,2% secara signifikan mengurangi hasil nitrogen oksida.

Platina murni dengan cepat hancur pada suhu tinggi, dan partikel terkecilnya terbawa aliran gas. Logam lain dari golongan platina dalam bentuk murninya tidak digunakan sebagai katalis. Paladium cepat rusak. Iridium dan rhodium tidak terlalu aktif. Osmium mudah teroksidasi.

Paduan platinum telah dipelajari dan diterapkan, yang memiliki kekuatan lebih besar dan aktivitas yang tidak kalah dari platinum murni. Dalam prakteknya, paduan platina dengan iridium atau dengan rhodium dan kadang-kadang dengan paladium digunakan. Grid yang terbuat dari paduan platinum dengan iridium 1% pada suhu tinggi lebih aktif daripada yang platinum. Aktivitas yang jauh lebih besar dan, khususnya, kekuatan mekanik adalah karakteristik paduan platinum-rhodium.

Hasil terbaik oksida nitrat diperoleh saat mengerjakan paduan platinum, yang mengandung 10% rhodium. Namun, mengingat biaya rhodium yang lebih tinggi dibandingkan dengan platinum, kandungannya dalam paduan biasanya dikurangi menjadi 7-5%.

Ketika amonia dioksidasi di bawah tekanan pada kisi-kisi platinum-rhodium, hasil oksida nitrat yang diperoleh secara signifikan lebih tinggi daripada pada kisi-kisi platinum murni.

Katalis platina sensitif terhadap pengotor tertentu yang terkandung dalam gas umpan. Dengan demikian, adanya 0,00002% fosfin (РН3) dalam gas mengurangi tingkat konversi menjadi 80%. Racun yang kurang kuat adalah hidrogen sulfida, uap asetilen, minyak pelumas, oksida besi, dan zat lainnya. Grid diregenerasi dengan memperlakukannya dengan larutan asam klorida 10-15% pada 60-70 ° C selama 2 jam.Kemudian grid dicuci dengan air suling, dikeringkan dan dikalsinasi dalam nyala hidrogen. Selama operasi, struktur fisik kisi-kisi berubah dan kekuatan mekanik paduan berkurang, yang meningkatkan hilangnya logam dan mengurangi masa pakai katalis.

4.3 Komposisi campuran gas. Kandungan amonia optimal dalam campuran amonia-udara

Udara terutama digunakan untuk mengoksidasi amonia. Konsumsi oksigen untuk oksidasi amonia menurut reaksi (24) dengan pembentukan NO dapat dihitung sebagai berikut:

NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (24)

Menurut reaksi (24), 1 mol NH3 menghasilkan 1,25 mol O2 = , maka - kandungan NH3 dapat dinyatakan sebagai berikut :

di mana - jumlah NH3 yang bercampur dengan udara; 100 - jumlah total campuran (%).

Namun, ini teoretis. Untuk tujuan praktis, kelebihan oksigen tertentu digunakan, maka konsentrasi amonia akan kurang dari 14,4% (vol.).

Konsentrasi optimal amonia dalam campuran amonia-udara adalah kandungan tertingginya, di mana keluaran NO yang tinggi masih dimungkinkan pada rasio O2:NH3< 2.

Penurunan tajam dalam tingkat konversi diamati dengan penurunan rasio O2:NH3< 1,7 и содержании NH3 в смеси равном 11,5 % (об.). Если увеличивать соотношение O2:NH3, например, >2, tingkat konversi meningkat secara signifikan.

Jadi poin pentingnya adalah:

1) di satu sisi, peningkatan kandungan NH3 dalam campuran amonia-udara, yaitu, penurunan rasio O2:NH3, menyebabkan penurunan tingkat konversi amonia;

2) di sisi lain, dengan peningkatan kandungan NH3 dalam campuran amonia-udara, suhu sistem meningkat, karena lebih banyak panas yang dilepaskan menurut reaksi (14-16), dan tingkat konversi meningkat, seperti terlihat dari tabel 4.

Tabel 4 - Ketergantungan derajat konversi amonia pada kandungannya dalam campuran amonia-udara (P = 0,65 MPa)

Kandungan NH3 dalam campuran, % (vol.) Rasio O2:NH3 Suhu konversi, Tingkat konversi NH3, %9.531.9874391.8810.421.7878693.1610.501.7678993.3011.101.6782894.2111.531.5983495.30

Dari Tabel 4 dapat disimpulkan bahwa peningkatan suhu dari 740 menjadi 830 °C pada rasio O2:NH3 dalam kisaran 1,6-2 mempengaruhi proses dengan baik. Dengan perbandingan O2:NH3< 1,35 лимитирующая стадия процесса - диффузия кислорода.

Kelebihan O2 diperlukan untuk memastikan bahwa permukaan platina selalu tertutup oksigen untuk melakukan proses oksidasi sesuai dengan mekanisme yang dipertimbangkan sebelumnya dan untuk mengecualikan pembentukan N2 dan N2O (dengan kekurangan oksigen). Harus lebih dari 30%, yaitu rasio O2:NH3 > 1,62.

Komposisi gas juga akan tergantung pada aliran tahap kedua memperoleh asam nitrat (oksidasi NO)

2NO + 1.5O2 + H2O = 2HNO3 (25)

Ini juga membutuhkan kelebihan oksigen:

1) untuk sistem yang beroperasi di bawah tekanan - 2,5%;

2) untuk sistem yang beroperasi pada tekanan atmosfer - 5%.

Reaksi keseluruhan yang menentukan kebutuhan oksigen untuk produksi asam nitrat ditulis sebagai berikut:

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O (26)

Ada satu keadaan lagi, karena itu tidak diinginkan untuk meningkatkan konsentrasi amonia di atas 9,5% (vol.). Dalam hal ini, ada penurunan konsentrasi nitrogen oksida di menara penyerapan karena pengenalan oksigen tambahan (yaitu, NO sedang diencerkan). Jadi, 9,5% (vol.) adalah kandungan amonia yang optimal untuk semua tahap memperoleh asam nitrat encer.

Anda dapat menggunakan oksigen sebagai pengganti udara untuk oksidasi. Kemudian, sesuai dengan reaksi keseluruhan (26), konsentrasi amonia perlu ditingkatkan menjadi 33,3% (vol.). Namun, tindakan pencegahan keamanan berperan di sini, karena campuran dengan konsentrasi amonia seperti itu menjadi eksplosif (tabel 5).

Tabel 5 - Batas ledakan bawah (LEL) dan atas (URL) untuk campuran amonia-oksigen-nitrogen

Dengan peningkatan kelembaban gas, batas ledakan menyempit, yaitu, dimungkinkan untuk menggunakan konversi uap-oksigen dari amonia.

Campuran amonia dengan oksigen menyala dengan ledakan (Tflax = 700-800 ). Dalam batas suhu ini, penyalaan sendiri terjadi pada setiap kandungan amonia dalam campuran amonia-oksigen.

Campuran amonia-udara yang digunakan secara praktis (konsentrasi amonia 9,5-11,5% (vol.)) tidak mudah meledak (tabel 5). Ada ketergantungan batas ledakan campuran amonia-udara pada kandungan amonia dan oksigen pada berbagai tekanan.

Namun, perlu dicatat bahwa kecepatan rambat ledakan rendah dan untuk campuran amonia-udara adalah 0,3-0,5 m/s. Artinya, untuk menghilangkan kemungkinan perambatan ledakan, perlu dibuat kecepatan gas yang lebih besar dari nilai ini (0,5 m/s). Ini persis apa yang dicapai dengan menggunakan katalis platinoid aktif dalam proses, di mana waktu kontak adalah 10-4 detik dan, akibatnya, kecepatan linier lebih dari 1,5 m/s.

4.4 Oksidasi amonia di bawah tekanan

Tujuan dari tekanan adalah:

1) kebutuhan untuk meningkatkan kecepatan proses;

2) instalasi kompak.

Telah terbukti secara termodinamika bahwa bahkan pada tekanan tinggi, hasil NO mendekati 100%. Kinerja konverter meningkat dengan meningkatnya tekanan dan meningkatnya jumlah grid katalis platinoid. Dengan meningkatnya tekanan, suhu proses juga meningkat di atas 900 . Namun, dengan meningkatnya tekanan, untuk mencapai tingkat konversi NH3 yang tinggi, perlu untuk meningkatkan waktu tinggal gas dalam konverter.

yang pada gilirannya menyebabkan peningkatan jumlah grid.

Kerugian utama adalah meningkatnya kehilangan katalis platinum (Pt) pada suhu tinggi. Kekurangan ini (kehilangan platinum, penurunan tingkat konversi) dapat dihilangkan dengan menggunakan skema produksi gabungan, yaitu, melakukan proses oksidasi NH3 pada tekanan atmosfer atau mendekatinya, dan oksidasi dan penyerapan NO pada tekanan tinggi. . Pendekatan ini sering diterapkan dalam skema teknologi di banyak negara. Pada saat yang sama, biaya energi untuk pengkondisian gas meningkatkan biaya asam nitrat.

4.5 Kondisi optimal untuk oksidasi amonia

Suhu. Reaksi amonia pada platinum dimulai pada 145 , tetapi berlanjut dengan hasil NO yang rendah dan pembentukan unsur nitrogen yang dominan. Peningkatan suhu menyebabkan peningkatan hasil oksida nitrat dan peningkatan laju reaksi. Di kisaran 700-1000 Hasil NO dapat ditingkatkan menjadi 95-98%. Waktu kontak pada suhu meningkat dari 650 menjadi 900 berkurang sekitar lima kali (dari 5 10-4 hingga 1,1 10-4 detik). Rezim suhu yang diperlukan dari proses dapat dipertahankan oleh panas dari reaksi oksidasi. Untuk campuran amonia-udara kering yang mengandung 10% NH3, pada tingkat konversi 96%, kenaikan suhu gas teoritis kira-kira 705 atau sekitar 70 untuk setiap persentase amonia dalam campuran awal. Menggunakan campuran amonia-udara yang mengandung 9,5% amonia, dimungkinkan, karena efek termal dari reaksi, untuk mencapai suhu sekitar 600 , untuk lebih meningkatkan suhu konversi, pemanasan awal udara atau campuran amonia-udara diperlukan. Harus diingat bahwa campuran amonia-udara hanya dapat dipanaskan hingga suhu tidak melebihi 150-200 pada suhu gas pemanas tidak lebih dari 400 . Jika tidak, disosiasi amonia atau oksidasi homogennya dengan pembentukan unsur nitrogen dimungkinkan.

Batas atas kenaikan suhu kontak oksidasi amonia ditentukan oleh hilangnya katalis platina. Jika hingga 920 Jika kehilangan platina dikompensasikan sampai batas tertentu dengan peningkatan aktivitas katalis, maka di atas suhu ini, peningkatan kehilangan katalis secara signifikan melebihi peningkatan laju reaksi.

Menurut data pabrik, suhu konversi amonia yang optimal di bawah tekanan atmosfer adalah sekitar 800 ; pada instalasi yang beroperasi di bawah tekanan 9 atm, itu sama dengan 870-900 .

Tekanan. Penggunaan peningkatan tekanan dalam produksi asam nitrat encer terutama terkait dengan keinginan untuk meningkatkan laju oksidasi oksida nitrat dan pemrosesan nitrogen dioksida yang dihasilkan menjadi asam nitrat.

Perhitungan termodinamika menunjukkan bahwa bahkan pada tekanan tinggi, hasil NO kesetimbangan mendekati 100%. Namun, tingkat kontak yang tinggi dalam hal ini hanya dicapai dengan sejumlah besar kasa katalis dan suhu yang lebih tinggi.

Baru-baru ini, di bawah kondisi industri pada katalis multilayer dengan pemurnian gas menyeluruh dan suhu 900 berhasil membawa tingkat konversi amonia menjadi 96%. Saat memilih tekanan optimal, harus diingat bahwa peningkatan tekanan menyebabkan peningkatan kehilangan platinum. Ini dijelaskan oleh peningkatan suhu katalisis, penggunaan jaringan multilayer, dan peningkatan penghancuran mekanisnya di bawah aksi kecepatan gas yang tinggi.

3. Kandungan amonia dalam campuran. Udara biasanya digunakan untuk mengoksidasi amonia, sehingga kandungan amonia dalam campuran ditentukan oleh kandungan oksigen di udara. Pada rasio stoikiometri O2:NH3 = 1,25 (kandungan amonia dalam campuran dengan udara adalah 14,4%), rendemen nitrogen oksida tidak signifikan. Untuk meningkatkan hasil NO, beberapa kelebihan oksigen diperlukan; oleh karena itu, kandungan amonia dalam campuran harus kurang dari 14,4%. Dalam praktik pabrik, kandungan amonia dalam campuran dipertahankan dalam kisaran 9,5-11,5%, yang sesuai dengan rasio O2:NH3 = 21,7.

Reaksi keseluruhan (26), yang menentukan kebutuhan oksigen selama pemrosesan amonia menjadi asam nitrat, memberikan rasio O2:NH3 = 2, yang sesuai dengan kandungan amonia dalam campuran awal sebesar 9,5%. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi amonia dalam campuran di atas 9,5% pada akhirnya tidak akan menyebabkan peningkatan konsentrasi NO, karena dalam hal ini udara tambahan harus dimasukkan ke dalam sistem adsorpsi. Jika campuran amonia-oksigen digunakan sebagai reagen awal, maka, sesuai dengan persamaan reaksi keseluruhan, dimungkinkan untuk meningkatkan konsentrasi amonia di dalamnya menjadi 33,3%. Namun, penggunaan amonia konsentrasi tinggi sulit dilakukan karena campuran tersebut bersifat eksplosif.

Pengaruh kotoran. Paduan platinum sensitif terhadap kotoran yang terkandung dalam campuran amonia-udara. Dengan adanya 0,0002% hidrogen fosfida dalam campuran gas, tingkat konversi amonia berkurang menjadi 80%. Racun kontak yang kurang kuat adalah hidrogen sulfida, asetilen, klorin, uap minyak pelumas, debu yang mengandung oksida besi, kalsium oksida, pasir, dll.

Pemurnian awal gas meningkatkan durasi katalis. Namun, seiring waktu, katalis secara bertahap diracuni dan hasil NO menurun. Untuk menghilangkan racun dan kontaminan, kisi-kisi dibuat ulang secara berkala dengan mengolahnya dengan larutan asam klorida 10-15%.

5. Waktu kontak. Waktu kontak optimal ditentukan oleh laju oksidasi amonia. Paling sering, laju oksidasi didefinisikan sebagai jumlah amonia teroksidasi (kg) per satuan luas (m2) per hari (intensitas katalis). Durasi kontak gas dengan katalis, atau waktu kontak, ditentukan oleh persamaan:

Vsv / W

dimana t adalah waktu tinggal gas dalam zona katalis, detik; Vw adalah volume bebas katalis, m3; W - kecepatan volumetrik dalam kondisi kontak m3 detik-1.

Derajat maksimum konversi amonia menjadi oksida nitrat dicapai pada waktu kontak gas dengan katalis yang ditentukan dengan baik. Waktu kontak yang optimal harus dipertimbangkan bukan waktu di mana hasil NO maksimum tercapai, tetapi agak lebih pendek, karena secara ekonomi menguntungkan untuk bekerja pada produktivitas yang lebih tinggi bahkan dengan mengorbankan penurunan hasil produk. Dalam kondisi praktis, waktu kontak amonia dengan katalis berkisar dari 1 10-4 sampai 2 10-4 detik.

Pencampuran amonia dengan udara. Homogenitas lengkap dari campuran amonia-udara yang memasuki zona kontak adalah salah satu syarat utama untuk mendapatkan hasil oksida nitrat yang tinggi. Pencampuran gas yang baik sangat penting tidak hanya untuk memastikan tingkat kontak yang tinggi, tetapi juga untuk melindungi dari risiko ledakan. Desain dan volume pencampur harus sepenuhnya memastikan pencampuran gas yang baik dan mengecualikan selip amonia dalam pancaran terpisah ke katalis.

5. PERANGKAT KONTAK

Perbaikan yang paling kompleks dan signifikan adalah desain peralatan kontak itu sendiri.

Gambar 3 - Peralatan kontak Ostwald: 1 - pengumpul campuran amonia-udara; 2 - spiral platinum; 3 - jendela tampilan; 4 - pengumpul gas nitrit

Peralatan kontak industri pertama adalah peralatan Ostwald (Gambar 3), terdiri dari dua pipa konsentris: pipa besi cor luar dengan diameter 100 mm, bagian dalam dilapisi enamel, dan bagian dalam terbuat dari nikel dengan diameter 65 mm. Campuran amonia-udara memasuki peralatan dari bawah melalui pipa luar dan jatuh pada katalis yang terletak di bagian atas pipa dalam. Gas nitrous diarahkan ke bawah melalui pipa bagian dalam ke kolektor, memberikan panas ke campuran yang masuk.

Katalis terdiri dari strip platina foil setebal 0,01 mm dan lebar 20 mm yang digulung menjadi spiral. Salah satu kaset halus, yang kedua bergelombang dengan tikungan 1 mm. Derajat konversi amoniak mencapai 90-95%, campuran dengan udara mengandung NH3 8% (vol.), produktivitas alat adalah 100 kg asam nitrat per hari.

Bentuk katalis ini tidak memungkinkan peningkatan produktivitas peralatan dengan meningkatkan ukurannya. Dalam peralatan Ostwald, pasokan campuran gas yang seragam tidak dipastikan, karena sebelum memasuki katalis, aliran gas berubah arahnya sebesar 180 ° dan baru kemudian memasukinya. Selain itu, desain peralatan tidak memungkinkan penghilangan cepat nitrogen (II) oksida dari zona suhu tinggi.

Dalam desain peralatan kontak selanjutnya, katalis digunakan dalam bentuk kisi-kisi filamen dengan diameter 0,06 mm.

Gambar 4 - Peralatan kontak Andreev: 1 - kisi-kisi platinum; 2 - jendela tampilan

Produksi asam nitrat pertama di Rusia dilengkapi dengan peralatan kontak Andreev, yang menghasilkan 386 kg asam nitrat per hari dan dianggap yang paling maju di dunia. Peralatan berbentuk silinder dengan diameter 300 mm dan tinggi 450 mm terbuat dari besi tuang. Campuran gas datang dari bawah (Gambar 4). Kisi-kisi katalis platinum terletak di seberang peralatan, di tengahnya.

Penggunaan besi tuang untuk pembuatan peralatan ini memiliki sejumlah kelemahan: terjadinya reaksi samping, kontaminasi platina dengan kerak. Tingkat konversi di dalamnya tidak melebihi 87%.

Gambar 5 - Peralatan kontak Fisher: 1 - nozel; 2 - kisi platinum; 3 - isolasi

Alat Fisher terbuat dari aluminium, diameternya 1000 mm, tinggi 2000 mm (Gambar 5). Dari bawah, peralatan diisi dengan cincin Raschig porselen, dan bagian atas dilapisi dengan batu bata tahan api. Rancangan peralatan tidak menyediakan suplai campuran amonia-udara yang seragam ke katalis, hasil oksida adalah 89-92% pada suhu kontak 700-720 °C. Produktivitas alat pada amonia adalah 600-700 kg/hari. Partikel batu bata tahan api, jatuh pada katalis, mengurangi aktivitasnya.

Gambar 6 - Aparat Bamag: 1 - nosel; 2 - kisi platinum; 3 - jendela tampilan

Peralatan yang diusulkan oleh Bamag (Gambar 6) terdiri dari dua kerucut terpotong yang dihubungkan oleh basa lebar, di antaranya ditempatkan kisi-kisi katalis. Diameter alat pada bagian terlebar adalah 1,1 m atau 2,0 m.

Campuran amonia-udara dimasukkan ke dalam peralatan dari bawah. Awalnya, peralatan terbuat dari aluminium, kemudian bagian atasnya yang panas terbuat dari baja tahan karat. Untuk pencampuran campuran yang lebih baik, cincin Raschig dituangkan ke bagian bawah peralatan.

Kerugian utama dari perangkat ini adalah arah campuran gas pada katalis dari bawah, yang menyebabkan getaran grid dan peningkatan hilangnya platinum.

Studi tentang desain peralatan kontak telah menunjukkan bahwa arah campuran gas dari atas ke bawah menstabilkan operasi jaringan katalis, mengurangi hilangnya katalis platinum langka yang mahal, meningkatkan derajat konversi sebesar 1,0-1,5% dan memungkinkan penggunaan katalis dua tahap, dimana tahap kedua digunakan katalis oksida non-platinum.

Ketika campuran gas disuplai ke peralatan dari atas, di bagian bawahnya, lapisan bahan isolasi dapat ditempatkan, serta gulungan ketel uap dan pemanas super tanpa risiko kontaminasi katalis dengan debu tahan api dan besi. skala. Ini mengurangi hilangnya panas reaksi ke lingkungan.

Sebuah studi tentang distribusi suhu di atas permukaan katalis menunjukkan bahwa tepi katalis yang berdekatan dengan dinding memiliki suhu yang lebih rendah, dan derajat kontak menurun sesuai, mengurangi hasil total oksida nitrat (II). Dalam hal ini, geometri bagian saluran masuk dari peralatan kontak sangat penting; itu harus berupa kerucut divergen halus dengan sudut di bagian atas tidak lebih dari 30°.

Gambar 7 - Peralatan Parsons: 1 - jaring platina silindris; 2 kuarsa bawah; 3 - jendela tampilan; 4 - isolasi

Di Amerika Serikat, peralatan Parsons dibuat dengan susunan vertikal dari kisi katalis yang digulung dalam bentuk silinder empat lapis dengan tinggi 33 cm dan diameter 29 cm (Gambar 7). Silinder platinum ditempatkan dalam casing logam dilapisi dengan batu bata tahan api, yang memastikan pertukaran panas yang baik dengan katalis panas. Produktivitas alat tersebut hingga 1 ton amonia per hari, tingkat konversi adalah 95-96%.

Kelebihan alat ini adalah permukaan katalis yang besar dibandingkan dengan volume alat. Kerugiannya adalah pasokan campuran amonia-udara yang tidak merata ke katalis. Lebih banyak campuran mengalir melalui bagian bawah katalis saringan daripada melalui bagian atas.

Sejumlah perangkat berbagai bentuk diuji: berupa dua belahan, kerucut dan belahan dengan arah aliran gas dari bawah ke atas. Perangkat ini tidak memiliki keunggulan khusus bahkan ketika proses dilakukan hingga 0,51 MPa, tingkat konversi tidak melebihi 90%.

Gambar 8 - Peralatan Dupont: 1 - kisi-kisi platinum; 2 - parut; 3 - jaket air

Saat melakukan proses pada tekanan tinggi, peralatan DuPont (Gambar 8) tersebar luas, terdiri dari kerucut: bagian atas terbuat dari nikel dan bagian bawah terbuat dari baja tahan panas. Kasing bawah dilengkapi dengan jaket air untuk pendinginan. Katalis yang ditempatkan pada jeruji dibuat dalam bentuk paket kotak persegi panjang.

Sekarang di seluruh dunia mereka merancang dan membangun unit untuk produksi asam nitrat encer dengan kapasitas unit besar - hingga 400-600 ton / tahun. Perangkat kontak dengan lapisan kisi datar atau lapisan bahan granular yang terletak di seberang aliran gas untuk unit tersebut harus memiliki diameter besar hingga 5-7 m. Namun, dengan peningkatan diameter peralatan, keseragaman distribusi campuran amonia-udara di atas penampang peralatan memburuk, dan konsumsi logam per unit produktivitas meningkat , kesulitan dalam menyegel sambungan bergelang meningkat. Peralatan berdiameter besar (lebih dari 4 m) tidak dapat diangkut dengan kereta api, pembuatannya di lokasi pabrik dikaitkan dengan kesulitan serius.

Dalam hal ini, yang paling menjanjikan adalah konverter dengan aliran radial campuran gas melalui katalis, dibuat dalam bentuk silinder atau kerucut. Dengan susunan katalis seperti itu, dimungkinkan, tanpa mengubah diameter peralatan, untuk meningkatkan ketinggiannya dan, karenanya, produktivitasnya.

Desain perangkat dengan susunan katalis silinder telah dikenal sejak lama (perangkat Parsons), tetapi dengan peningkatan produktivitasnya dari 4,5 kg/jam menjadi 14,3 t/jam amonia, muncul masalah dalam distribusi campuran gas. aliran, perpindahan panas, lampiran katalis, dll.

Gambar 9 - Aparatus Parsons yang ditingkatkan: 1 - badan; 2 - penutup; 3 - kolektor pendingin; 4 - perangkat pendukung; 5 - pas untuk keluaran gas nitro; 6 - kisi katalis; 7 - saluran untuk pendingin; 8 - saluran untuk gas

Salah satu perangkat baru adalah peralatan Parsons yang ditingkatkan (Gambar 9). Ini terdiri dari tubuh dengan penutup, alat kelengkapan untuk input campuran amonia-udara dan output gas nitro. Katalis adalah kisi-kisi platinum yang disusun secara vertikal di sepanjang permukaan silinder dan dipasang di bawah tutupnya. Kisi-kisi direntangkan pada perangkat pendukung keramik, yang memiliki saluran horizontal untuk memasok campuran amonia-udara ke kisi-kisi kontak dan saluran vertikal untuk memasok pendingin. Kerugian dari alat pendukung tersebut adalah distribusi gas yang memasuki katalis dalam bentuk pancaran terpisah, sebagai akibatnya area katalis tidak bekerja sepenuhnya.

Gambar 10 - Kontak aparat dengan aliran gas radial: 1 - tubuh; 2 - penutup; 3 - sistem elemen pendukung; 4 - katalis; 5 - kisi; 6 - bagian bawah buta

Perangkat dengan aliran gas radial diusulkan (Gambar 10), yang terdiri dari badan 1 dan penutup dengan fitting untuk memasukkan campuran amonia-udara. Di bagian bawah casing ada fitting untuk memasukkan gas nitrous. Kasa katalis berbentuk silinder dan kerucut disusun secara vertikal. Namun, alat ini juga tidak menyediakan pasokan gas yang seragam ke katalis.

Gambar 11 - Perangkat kontak dengan katalis granular: 1 badan silinder; 2 - tutup dengan lubang tengah; 3, 4 - jaringan distribusi berlubang silinder koaksial; 5 - bagian bawah berbentuk lingkaran; 6 - pemasangan outlet

Peralatan dengan aliran gas radial dan katalis granular diusulkan. Sebagai katalis, digunakan logam platinum yang diendapkan pada pembawa atau tablet katalis non-platinum (Gambar 11).

Peralatan pada Gambar 11 terdiri dari badan silinder 1, di bagian atas di mana campuran amonia-udara dimasukkan, dan di bagian bawah gas nitrit dihilangkan. Di dalamnya ada dua kisi distribusi berlubang silinder koaksial 3 dan 4, di antaranya lapisan katalis granular 7 ditempatkan.

Campuran amonia-udara di pintu masuk peralatan dibagi menjadi dua aliran. Bagian utama masuk ke celah annular antara dinding rumahan dan silinder distribusi luar dan masuk secara radial pada katalis. Bagian kedua yang lebih kecil melewati lubang di penutup dan memasuki katalis di sepanjang sumbu. Distribusi yang seragam dari campuran gas dalam katalis tidak dapat dipastikan.

Kerugian dari desain ini adalah terlalu panasnya campuran amonia-udara lebih dari 200 dekat dasar buta karena penurunan kecepatan gas ke nol. Panas berlebih dari gas menyebabkan panas berlebih pada kasa katalis dan peningkatan keausannya.

Gambar 12 - Peralatan dengan katalis dalam bentuk kerucut: 1 - kemeja untuk memanaskan gas; 2 - katalis; 3 - mendukung perangkat pipa; 4 - jaket air

Peralatan (Gambar 12) berisi katalis dalam bentuk beberapa lapisan kasa platinum, dilas dari potongan-potongan berbentuk segitiga menjadi kerucut dengan sudut puncak sekitar 60°. Paket grid didasarkan pada struktur yang terdiri dari 6-12 pipa di sepanjang generatrix kerucut, yang dilalui pendingin. Bentuk katalis ini memiliki permukaan spesifik yang besar (dalam kaitannya dengan volume peralatan) dibandingkan dengan katalis datar yang terletak di seberang aliran gas. Namun, dibandingkan dengan katalis silinder, luas permukaan spesifiknya lebih kecil.

Gambar 13 - Peralatan kontak untuk oksidasi amonia di bawah tekanan tinggi: 1 - badan; 2 - kerucut bagian dalam; 3 - sakelar; 4 - penyala; 5 - kisi katalis; 6 - pemanas super; 7 - paket ketel uap; 8 - penghemat

Gambar 13 menunjukkan peralatan kontak untuk oksidasi amonia di bawah tekanan 0,71 MPa. Peralatan terdiri dari dua kerucut yang dimasukkan satu sama lain. Campuran amonia-udara masuk dari bawah ke dalam ruang antara kerucut dalam dan luar, naik dan dari sana turun ke bawah kerucut dalam. Dalam perjalanan ke katalis platinum, dibuat dalam bentuk kisi-kisi, campurannya tercampur dengan baik dalam perangkat distribusi cincin Raschig.

Untuk mengukur suhu campuran gas yang masuk dan proses konversi, peralatan dilengkapi dengan termokopel: empat sebelum katalis dan empat setelahnya. Untuk pengambilan sampel gas, ada tabung pengambilan sampel uap: empat sebelum katalis dan empat setelahnya. Katalis dinyalakan dengan campuran nitrat-hidrogen yang disuplai melalui pembakar putar (igniter).

Gambar 14 - Peralatan kontak Grand Paroiss: 1 - badan; 2 kisi; 3 - katalis platinum; 4 - jala lapis baja; 5 - lapisan cincin; 6 pelat berlubang; 7 - pemanas super; 8 - ketel limbah panas

Di antara perangkat yang beroperasi pada tekanan rata-rata 0,40-0,50 MPa, peralatan dari perusahaan Grande Paroiss, terbuat dari baja tahan karat, menarik (Gambar 14). Ini terdiri dari tubuh, ditutup di atas dengan tutup elips, dengan lubang masuk untuk memasukkan campuran gas. Di bawah penutup ada kerucut berlubang, lalu penyekat. Sebuah grid distribusi ditempatkan di atas grid platinum, di mana terdapat lapisan enam grid yang bertindak sebagai peredam untuk pulsasi kecepatan aliran. Kerugian dari perangkat ini adalah adanya zona stagnan di wilayah suhu tinggi katalis, di mana amonia yang masuk dapat terurai.

6. PEMILIHAN DAN DESKRIPSI SKEMA TEKNOLOGI PEMBUATAN ASAM NITRIK NON KONSENTRASI

Tergantung pada kondisi proses produksi, jenis sistem asam nitrat berikut dibedakan:

1) sistem yang beroperasi pada tekanan atmosfer;

2) sistem yang beroperasi pada tekanan tinggi (4-8 atm);

3) sistem gabungan di mana oksidasi amonia dilakukan pada tekanan yang lebih rendah, dan penyerapan oksida - pada tekanan yang lebih tinggi.

Pertimbangkan skema teknologi ini.

1) sistem yang beroperasi pada tekanan atmosfer;

Gambar 15 - Skema instalasi untuk produksi asam nitrat encer pada tekanan atmosfer: 1 - scrubber air; 2 - saringan kain; 3 - kipas udara amonia; 4 - filter kardus; 5 - konverter; 6 - ketel pemulihan uap; 7 - kulkas berkecepatan tinggi; 8 - kulkas-kondensor; 9 - kipas untuk gas nitro; 10 - menara penyerapan; 11 - menara oksidasi; 12 - menara untuk penyerapan nitrogen oksida oleh alkali; 13 - kulkas asam; 14, 15 - pompa

Sistem ini (Gambar 15) tidak lagi beroperasi karena besarnya peralatan (sejumlah besar menara absorpsi asam dan basa), produktivitas rendah, dan akumulasi sejumlah klorin, yang dalam sistem absorpsi asam dan basa memiliki efek korosif yang kuat pada peralatan, yang terus-menerus harus diganti, dan ini menyebabkan biaya ekonomi yang besar.

2) sistem gabungan;

Gambar 16 - Memperoleh asam nitrat dengan metode gabungan: 1 - lemari es berkecepatan tinggi; 2 - kulkas; 3 - mesin turbocharger; 4 - peredam; 5 - turbokompresor gas nitro; 6 - turbin untuk irigasi gas buang; 7 - pengoksidasi; 8 - penukar panas; 9 - kulkas-kondensor; 10 - kolom penyerapan; 11 - katup asam; 12 - kolektor kondensat; 13, 14 - pengumpul asam nitrat

Keuntungan utama dari skema ini adalah:

1. Sistem ini (Gambar 16) beroperasi tanpa konsumsi energi eksternal, karena panas oksidasi amonia dan oksidasi nitrogen oksida cukup untuk memperoleh energi untuk mengompresi udara dan gas nitrous ke tekanan yang diperlukan;

2. Kekompakan peralatan.

3. Produktivitas unit tersebut adalah 1360 ton/hari.

Kerugian dari skema:

Kerugian utama dari skema ini adalah bahwa ketika amonia dioksidasi pada tekanan 9 atm, tingkat konversi 2-3% lebih rendah daripada pada tekanan atmosfer, dan kehilangan katalis platinum 2-3 kali lebih besar. Dengan demikian, proses ini lebih menguntungkan untuk dilakukan di bawah tekanan atmosfer. Tetapi untuk bengkel kuat modern yang memproduksi asam nitrat, dalam hal ini, sejumlah besar perangkat berukuran besar akan diperlukan dan, akibatnya, peningkatan biaya pekerjaan konstruksi dan pemasangan. Pertimbangan ini membuat perlu untuk meningkatkan tekanan dalam proses konversi amonia. Dalam hal ini, tekanan sekitar 2,5 atm dapat diterima, karena volume peralatan dikurangi dengan faktor 2,5 dibandingkan dengan volume dalam sistem yang beroperasi pada tekanan atmosfer, dengan kehilangan amonia dan katalis yang moderat.

3) sistem yang beroperasi di bawah tekanan tinggi.

Keuntungan dari rangkaian (Gambar 17):

1. Unit ini kompak, semua perangkat dapat diangkut. Siklus daya unit bersifat otonom dan, ketika produksi bahan kimia dimatikan, tetap beroperasi sampai dimatikan dari panel kontrol. Ini memungkinkan Anda untuk dengan cepat mengoperasikan unit jika terjadi penghentian proses kimia yang tidak disengaja. Kontrol unit dalam mode operasi otomatis.

2. Biaya aktual dan intensitas energi asam nitrat, yang diproduksi pada unit tekanan tunggal 0,716 MPa, tetap yang terendah dibandingkan dengan unit AK-72 dan unit yang beroperasi menurut skema gabungan.

3. Alih-alih boiler panas limbah, penukar panas suhu tinggi dipasang di belakang peralatan kontak untuk memanaskan gas buang di depan turbin hingga 1120 K. Pada saat yang sama, karena peningkatan daya turbin gas, output daya meningkat 274 dibandingkan dengan unit AK-72.

4. Dalam skema, ruang bakar yang dinyalakan secara konstan dipasang secara paralel dengan peralatan teknologi, yang memungkinkan pengoperasian unit mesin independen dari jalur produksi, serta untuk memastikan transisi yang mulus dari operasi dari mesin dalam mode idle ke pengoperasian mesin dengan proses teknologi dihidupkan.

Kerugian dari skema:

1. Proses berlangsung pada suhu tinggi di unit, yang menempatkan beban yang sangat besar pada katalis paladium dan gagal. Menurut literatur, kehilangan spesifik yang tidak dapat diperbaiki per 1 ton asam nitrat adalah 40-45 mg untuk proses pada tekanan atmosfer, 100 mg pada 0,3-1,6 MPa, dan 130-180 mg pada 0,7-0,9 MPa. Artinya, hilangnya platinum di pabrik yang beroperasi di bawah tekanan meningkat karena suhu katalisis yang lebih tinggi dibandingkan dengan suhu di pabrik yang beroperasi pada tekanan atmosfer.

2. Tingkat pemurnian udara yang sangat tinggi diperlukan sebelum memasuki turbin gas, karena kapasitas udara kompresor dapat dikurangi hingga 10% dan efisiensi hingga 6%.

Dalam proyek kursus ini, skema untuk produksi asam nitrat di bawah tekanan dengan kompresor yang digerakkan oleh turbin gas dipertimbangkan secara rinci (Gambar 17).

Kapasitas produksi asam nitrat sesuai dengan skema yang beroperasi pada tekanan 0,716 MPa ditentukan oleh jumlah unit. Kapasitas satu unit adalah 120 ribu ton/tahun (100% HNO3). Jumlah unit dalam skema ditentukan oleh kebutuhan toko pengolahan asam nitrat.

Di setiap unit, berikut ini dilakukan: persiapan campuran amonia-udara (pembersihan dan kompresi udara, penguapan amonia cair, pemurnian amonia gas dan campuran amonia-udara); konversi amonia; pemanfaatan panas pembentukan oksida nitrogen; pendinginan gas nitrous; mendapatkan asam nitrat; pemanasan tanpa gas; pemurnian dari nitrogen oksida dan pemulihan energi gas di turbin gas dan boiler panas limbah.

Selain itu, skema tersebut mencakup unit untuk menyiapkan air umpan untuk memberi makan boiler panas limbah, mendinginkan kondensat atau air demineralisasi untuk irigasi kolom penyerapan, mengurangi uap ke parameter yang diperlukan, menyimpan asam nitrat yang dihasilkan dan mendistribusikannya ke konsumen.

Gambar 17 - Diagram produksi asam nitrat di bawah tekanan dengan penggerak kompresor dari turbin gas: 1 - filter udara; 2 - turbocharger tahap pertama; 3 - kulkas perantara; 4 - turbocharger tahap kedua; 5 - turbin gas; 6 - kotak roda gigi; 7 - generator motor; 8 - pemanas udara; 9 - mixer amonia dengan udara; 10 - pemanas udara; 11 - filter berpori; 12 - konverter; 13 - ketel limbah panas; 14 - wadah untuk oksidasi gas nitrous; 15 - lemari es - kondensor; 16 - kolom penyerapan; 17 - konverter; 18 - ketel limbah panas

Udara atmosfer dihisap melalui filter 1 oleh turbocharger tahap pertama 2 dan dikompresi hingga 0,2-0,35 MPa. Karena kompresi, udara dipanaskan hingga 175 . Setelah pendinginan hingga 30-45 di lemari es 3, udara memasuki turbocharger tahap kedua 4, di mana ia dikompresi hingga tekanan akhir 0,73 MPa dan dipanaskan hingga 125-135 . Pemanasan udara lebih lanjut hingga 270 terjadi pada pemanas 8 karena panasnya gas nitrit yang panas meninggalkan konverter. Udara panas masuk lebih jauh ke dalam mixer 9.

Amonia di bawah tekanan 1,0-1,2 MPa dipanaskan hingga 150 di pemanas 10 dengan uap air dan memasuki mixer 9, di mana ia bercampur dengan udara. Campuran amonia-udara yang dihasilkan, mengandung 10-12% NH3, disaring dalam filter berpori (11) dan memasuki konverter (12), di mana pada katalis platinum-rhodium pada suhu 890-900 amonia dioksidasi menjadi oksida nitrat. Panas dari gas yang meninggalkan konverter digunakan dalam boiler limbah panas 13 untuk menghasilkan uap, sedangkan gas didinginkan hingga 260 .

Selanjutnya, gas melewati filter untuk menjebak platinum, yang terletak di bagian atas bejana kosong 14. Dalam bejana 14, NO dioksidasi menjadi NO2 (derajat oksidasi 80%), akibatnya campuran gas dipanaskan hingga 300-310 dan memasuki pemanas udara 8, di mana didinginkan hingga 175 . Penggunaan lebih lanjut dari panas gas nitro menjadi tidak menguntungkan, sehingga didinginkan dengan air di lemari es 16 hingga 50-55 . Bersamaan dengan pendinginan gas dalam lemari es (16) adalah kondensasi uap air dan pembentukan asam nitrat sebagai akibat dari interaksi air dengan nitrogen dioksida. Konsentrasi asam yang dihasilkan tidak melebihi 52% HNO3, rendemennya sekitar 50% dari total kapasitas pabrik.

Dari pendingin 15, gas nitrit masuk ke kolom absorpsi 16 dengan pelat saringan, di mana NO2 diserap oleh air untuk membentuk asam nitrat (konsentrasi hingga 55%). Kumparan (elemen pendingin) ditempatkan pada pelat kolom penyerapan (16), di mana air bersirkulasi untuk menghilangkan panas yang dilepaskan selama pembentukan asam nitrat.

Untuk membersihkan gas buang dari nitrogen oksida, mereka dipanaskan hingga 370-420 ° C, sejumlah kecil gas alam ditambahkan ke dalamnya dan dikirim ke konverter (reaktor) 17. Di sini, dengan adanya katalis paladium, reaksi berikut terjadi:

CH4 + O2 2CO + 4H2 + Q (27)

2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O + Q (28)

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O + Q (29)

Karena reaksi ini berlanjut dengan pelepasan panas, suhu gas naik menjadi 700-730 . Gas-gas ini memasuki turbin 5 pada tekanan 0,5-0,6 MPa, yang menggerakkan turbocharger 2 dan 4, yang memampatkan udara. Setelah itu, gas pada suhu sekitar 400 masuk ke boiler limbah panas 19, yang menerima uap bertekanan rendah.

Turbocharger tahap pertama dan kedua 2 dan 4, serta turbin gas 5 adalah satu unit. Turbin tahap pertama 2 dan turbin gas 5 terletak pada poros umum dan dihubungkan oleh gearbox 6 ke turbin tahap kedua 4 dan motor listrik 7. Unit ini memungkinkan Anda untuk menggunakan sebagian besar energi yang dihabiskan untuk mengompresi udara, dan dengan demikian secara signifikan mengurangi konsumsi daya.

7. PERHITUNGAN MATERI DAN KESEIMBANGAN TERMAL REAKTOR

7.1 Perhitungan neraca bahan reaktor

1) Hitung volume udara yang dibutuhkan:

2) Volume yang disuplai dengan udara, nm3:

a.uap air

b) udara kering

3) Hitung volume oksigen, nitrogen, dan argon, yang datang bersama udara, berdasarkan persentasenya di udara

) Temukan volume yang dibentuk oleh reaksi (14), nm ³ /h:

a) oksida nitrat

b.uap air

5) Tentukan volume yang terbentuk dari reaksi (15), nm ³ /h:

a) nitrogen

b.uap air

c) oksigen yang dikonsumsi selama reaksi ini

6) Kami menghitung volume dalam gas setelah oksidasi amonia, nm ³ /h:

a) oksigen

b) nitrogen

c) argon

d.uap air

7) Neraca bahan yang sebenarnya dapat dihitung jika volume aliran pada saluran masuk ke peralatan kontak dan pada saluran keluarnya dihitung ulang menjadi massa, sedangkan neraca bahan harus diperhatikan.

Yang akan datang:

Konsumsi:

Mari kita isi tabel untuk neraca bahan (Tabel 6).

Tabel 6

Arus Pendapatan Jumlah Komponen Jumlah Komponen kg/hm ³ /hkg/hm ³ /чNH34477,6795900NO7348,6615487O215608,57110926O25367,8573757,5N250729,69140583,755N250987,81640790,255Ar929,116520,305Ar928520H2O1827,022273,625H2O89386,6271123,625Вс

Perbedaan keseimbangan

7.2 Perhitungan neraca panas reaktor

Mari kita cari suhu tx yang diperlukan untuk memanaskan campuran amonia-udara untuk memastikan sifat autotermal dari proses oksidasi amonia.

1) Hitung volume total campuran amonia-udara

) Tentukan konsentrasi komponen campuran amonia-udara,% (vol.):

a) amonia

b) udara kering

c.uap air

3) Hitung kapasitas panas rata-rata campuran amonia-udara

Cav = 0,01 (35,8 Pam + 28,7 Psv + 32,6 PN2O) (59)

av = 0,01 (35,8 9,8 + 28,7 86,4 + 32,6 3,8) = 29,544 kJ/(kmol K),

dimana 35.8; 28,7 dan 32,6 - kapasitas panas amonia, udara kering dan uap air, kJ/(kmol K).

) Tentukan kalor yang diberikan oleh campuran amonia-udara

) Kami menghitung kalor yang dilepaskan selama reaksi (14) dan (16)

atau 17030 kW, di mana 905800 dan 126660 adalah panas yang dilepaskan selama pembentukan nitrogen oksida dan nitrogen menurut reaksi (14) dan (16).

) Temukan total volume gas nitrit yang masuk ke boiler panas limbah

7) Tentukan konsentrasi komponen gas nitrous,% (vol.):

a) oksida nitrat

b) oksigen

c) argon

d) nitrogen

e.uap air

8) Hitung kapasitas panas rata-rata gas nitro:

Snav = 0,01(31,68 PNO + 32,3 P2 + 20,78 Uap 30,8 PN2 + 37,4 Pvod 3(68)

Sav=0.01(31.68 8.9+32.3 6.1+20.78 0.84+30.8 66.1+37.4 18.0) = 32.17 kJ/(kmol K)

dimana 31,68; 32.3; 20.78; 30.8 dan 37,4 - kapasitas panas komponen gas nitro pada suhu 900 , kJ/(kmol K).

9) Untuk pemanasan uap dari 198 hingga 250 di superheater perlu untuk menghilangkan panas:

1880 kW, di mana 800 10 ³ dan 1082 10 ³ J/kg - entalpi spesifik uap superheated pada suhu 198 dan 250 dan tekanan 1,5 MPa dan 3,98 MPa.

10) Temperatur gas nitrous di outlet peralatan kontak ditentukan dari persamaan keseimbangan panas untuk bagian ini:

6768 106 = 64631 1,66 10³(900 - t2)

11) Kami menghitung panas yang dibawa oleh gas nitrous. Pertimbangkan kasus ketika peralatan kontak dan ketel limbah panas dipasang sebagai peralatan tunggal:

12) Tentukan kehilangan panas ke lingkungan

Menyamakan masukan panas dengan laju aliran, kami membuat persamaan keseimbangan panas dan menyelesaikannya sehubungan dengan tx:

Isilah tabel neraca panas (Tabel 7).

Tabel 7

Masukan, kWKonsumsi, kWPanas yang ditimbulkan oleh campuran amonia-udara6369.2Panas untuk memanaskan uap air di superheater1880Panas yang terbawa oleh gas nitrous20584.3Panas yang dilepaskan selama reaksi (14) dan (16)17030.6Kerugian lingkungan935.9Total23399.8Total23400.2

Perbedaan keseimbangan:

8. KESELAMATAN DAN LINGKUNGAN INDUSTRI

Untuk memastikan mode operasi yang aman dalam produksi asam nitrat non-konsentrat di bawah tekanan tinggi, perlu untuk secara ketat mematuhi peraturan teknologi, instruksi perlindungan tenaga kerja untuk tempat kerja, instruksi untuk perlindungan tenaga kerja dan keselamatan industri departemen, instruksi untuk jenis pekerjaan tertentu.

Personel layanan diizinkan untuk bekerja dengan pakaian kerja dan sepatu keselamatan yang ditentukan oleh norma, mereka wajib memiliki peralatan pelindung pribadi yang dapat diperbaiki. Alat pelindung diri (masker gas individu) harus diperiksa setiap shift sebelum mulai bekerja.

Orang yang melayani mekanisme harus mengetahui aturan Gosgortekhnadzor terkait dengan peralatan yang diservis. Orang yang melayani peralatan pengawasan boiler - aturan pengawasan boiler.

Cegah pelanggaran rezim teknologi normal di semua tahap proses.

Lakukan pekerjaan hanya pada peralatan yang dapat diservis, dilengkapi dengan semua perangkat keselamatan yang diperlukan dan berfungsi dengan baik, perangkat instrumentasi dan kontrol, alarm dan interlock.

Saat menyerahkan peralatan dan komunikasi untuk diperbaiki, di mana akumulasi amonia mungkin terjadi, bersihkan peralatan dan komunikasi dengan nitrogen sampai tidak ada bahan yang mudah terbakar dalam nitrogen pembersih.

Sebelum mengisi peralatan dan komunikasi dengan amonia setelah perbaikannya, bersihkan dengan nitrogen sampai kandungan oksigen dalam nitrogen pembersih tidak lebih dari 3,0% (vol.).

Jangan biarkan perbaikan komunikasi, perlengkapan, peralatan di bawah tekanan. Perbaikan harus dilakukan setelah mengurangi tekanan dan mematikan area yang diperbaiki dengan sumbat. Peralatan, komunikasi yang akan diperbaiki harus ditiup atau dicuci.

Untuk menghindari guncangan hidraulik, uap harus disuplai ke pipa uap dingin secara perlahan, memastikan pemanasan yang cukup dengan pelepasan kondensat di sepanjang pipa. Keluarnya uap kering dari drainase menunjukkan pemanasan pipa yang cukup.

Jangan menyalakan peralatan listrik dengan arde yang salah.

Jangan izinkan perbaikan peralatan dengan penggerak listrik, tanpa melepas tegangan dari motor listrik.

Perbaikan dan penyesuaian instrumen kontrol dan pengukuran dan peralatan listrik harus dilakukan hanya oleh layanan departemen operator instrumen kepala dan teknisi listrik.

Dilarang menggunakan api terbuka di fasilitas produksi dan penyimpanan: merokok diperbolehkan di tempat yang ditentukan untuk tujuan ini.

Semua bagian peralatan yang berputar (bagian kopling), baling-baling kipas yang berputar, pada poros motor listrik harus diikat dan dipagari dengan aman, dan dicat merah.

Sambungan bergelang dari saluran asam harus dilindungi oleh penutup pelindung.

Pengencangan baut sambungan flensa pipa, serta bekerja pada peralatan di bawah tekanan, tidak diperbolehkan.

Peralatan yang beroperasi di bawah tekanan harus memenuhi persyaratan yang ditetapkan dalam spesifikasi teknis dan aturan untuk desain dan pengoperasian yang aman dari kapal dan komunikasi yang beroperasi di bawah tekanan.

Pekerjaan di kapal tertutup harus dilakukan dengan adanya izin kerja untuk melakukan pekerjaan berbahaya gas.

Ventilasi harus dalam kondisi baik dan terus beroperasi.

Pemeliharaan mekanisme pengangkatan, bejana tekan hanya dilakukan oleh orang yang terlatih khusus dan memiliki sertifikat khusus.

Pendekatan lemari darurat, detektor kebakaran, telepon, peralatan kebakaran tidak boleh berantakan dengan benda asing, harus tetap bersih dan dalam kondisi baik.

Bukaan terbuka di langit-langit, platform, jalan setapak harus memiliki pagar setinggi 1 m, di bagian bawah pagar harus ada sisi atau strip pelindung setinggi 15 cm.

Semua sistem instrumentasi dan otomatisasi dan pemblokiran harus dalam kondisi baik.

Untuk mencegah pengendapan garam nitrit-nitrat pada permukaan internal peralatan dan pipa, bilah rotor, dinding kompresor gas nitrit dan bagian dan peralatan lainnya, mencegah pengapian yang berkepanjangan dari peralatan kontak (lebih dari 20 menit), menurunkan suhu katalis kain kasa, memecahnya, menyebabkan slip amonia , penghentian irigasi permukaan, yang mengarah pada pengendapan garam nitrit-nitrat.

Lap tepat waktu, bersihkan peralatan dari tumpahan produk proses, isi ulang oli di bak mesin pompa.

Tempat kerja untuk perbaikan dan pekerjaan lain serta jalan ke sana pada ketinggian 1,3 m atau lebih harus dipagari.

Jika tidak mungkin atau tidak pantas memasang pagar untuk pekerjaan pada ketinggian 1,3 m ke atas, serta ketika bekerja dari tangga pada ketinggian lebih dari 1,3 m, perlu menggunakan sabuk pengaman, sementara di tempat bekerja harus ada pekerja pembantu yang siap membantu pekerja di atas. Tempat pengikatan karabiner ditentukan oleh kepala pekerjaan.

Sabuk pengaman diuji sebelum commissioning, serta selama operasi setiap 6 bulan. Sabuk pengaman harus ditandai dengan nomor registrasi dan tanggal tes berikutnya.

Saat bekerja dengan asam nitrat (pengambilan sampel, inspeksi komunikasi, memulai pompa asam produksi, dll.), perlu menggunakan pelindung pernapasan dan mata individu (menyaring masker gas dengan kotak merek M, kacamata dengan setengah masker karet atau pelindung pelindung yang terbuat dari kaca plexiglass, atau helm masker gas), sarung tangan karet tahan asam, pakaian khusus tahan asam.

Jika ada malfungsi dalam pengoperasian peralatan, cacat pada penyangga, dinding, dll. terdeteksi. tepat waktu menginformasikan kepala departemen, mekanik toko. Jika perlu, hentikan peralatan dan siapkan pengiriman untuk diperbaiki.

Di setiap pemberhentian unit untuk perbaikan, buka palka bawah oksidator dan, dengan adanya garam amonium di jaringan distribusi, di sepanjang dinding dan bagian bawah, kukus dengan uap hidup, tiriskan kondensat.

Bekerja dengan uap, kondensat uap harus dilakukan di overall, alas kaki, sarung tangan.

Untuk mencegah keracunan dan penyakit akibat kerja di departemen, persyaratan sanitasi dan higienis berikut harus diperhatikan:

a) suhu udara harus:

23- periode transisi dan musim dingin;

18-27- periode musim panas.

b) kelembaban udara relatif:

di musim panas - tidak lebih dari 75%;

di musim dingin - tidak lebih dari 65%.

c) kebisingan - tidak lebih dari 65 dBA di kabin kedap suara, di tempat lain tidak lebih dari 80 dBA;

d) getaran - tidak lebih dari 75 dB di kabin kedap suara, di ruang mesin dan ruang kontak tidak lebih dari 92 dB;

e) penerangan tempat kerja:

bilik kedap suara - setidaknya 200 lux;

di lokasi kolom absorpsi - setidaknya 50 lux;

di ruang mesin dan kontak - setidaknya 75 lux.

f) konsentrasi maksimum zat berbahaya yang diizinkan di udara area kerja tempat:

amonia - tidak lebih dari 20 mg/m3;

nitrogen oksida - tidak lebih dari 5 mg/m3.

Selain masker gas individu, departemen tersebut memiliki pasokan darurat masker gas filter dan isolasi.

Masker gas darurat disimpan di lemari darurat.

KESIMPULAN

Dalam perjalanan kerja kursus, reaktor untuk oksidasi katalitik amonia dirancang untuk menghasilkan oksida nitrogen dalam produksi asam nitrat non-konsentrat.

Fondasi fisik dan kimia dari proses dipertimbangkan. Karakteristik bahan baku awal dan produk jadi diberikan.

Volume udara yang dibutuhkan untuk oksidasi dihitung sebagai 5900 m ³ / jam amonia, itu sebesar 54304 m ³ /h Volume oksigen, nitrogen, dan argon yang disuplai dengan udara dihitung berdasarkan persentasenya di udara. Volume oksigen, nitrogen, argon, dan uap air dalam gas setelah oksidasi amonia juga dihitung.

Keseimbangan panas dihitung, sebagai akibatnya semua aliran panas dihitung. Suhu yang diperlukan untuk memanaskan campuran amonia-udara untuk memastikan sifat autotermal dari proses oksidasi amonia dihitung, yaitu 288 . Temperatur gas nitrous setelah superheater dihitung adalah 836,7 . Kehilangan panas ke lingkungan ditentukan.

Sebuah tinjauan literatur dibuat pada skema yang paling efisien untuk produksi asam nitrat non-konsentrat. Sistem yang beroperasi di bawah tekanan tinggi dipilih, karena unit ini kompak, semua perangkat dapat diangkut, siklus energi unit bersifat otonom. Dalam skema yang dipertimbangkan, listrik tidak dikonsumsi untuk kebutuhan teknologi. Listrik dikonsumsi dalam jumlah kecil hanya untuk menggerakkan pompa yang diperlukan untuk memompa asam, memasok air umpan ke boiler. Pekerjaan sesuai dengan skema ini dilakukan tanpa emisi gas berbahaya ke atmosfer.

REFERENSI

1. Atroshchenko V.I., Kargin S.I. Teknologi asam nitrat: Proc. Tunjangan untuk universitas. - Edisi ke-3, direvisi. dan tambahan - M.: Kimia, 1970. - 496 hal.

Egorov A.P. Shereshevsky A.I., Shmanenko I.V. Teknologi kimia umum zat anorganik: Buku teks untuk sekolah teknik. - Ed. revisi ke-4 - Moskow, Leningrad: Kimia, 1965 - 688-an.

Karavaev M.M., Zasorin A.P., Kleschev N.F. Oksidasi katalitik amonia / Ed. Karavaeva M.M. - M.: Kimia, 1983. - 232 hal.

Katalis dalam industri nitrogen./Ed. Atroshchenko V.I. - Kharkov: Sekolah Vishcha, 1977. - 144 hal.

Teknologi kimia umum. Di bawah kepemimpinan prof. Amelina A.G. Moskow: Kimia, 1977. - 400 detik

Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Contoh dan tugas dalam proses dan peralatan teknologi kimia. L.: Kimia, 1976 - 552s.

Perlov E.I., Bagdasaryan V.S. Optimalisasi produksi asam nitrat. M.: Kimia, 1983. - 208 hal.

Perhitungan untuk teknologi zat anorganik: Proc. Manual untuk universitas / Pozin M.E., Kopylev B.A., Belchenko G.V. dan sebagainya.; Ed. Pozina M.E. edisi ke-2 diperbaiki dan tambahan - L.: Kimia. Leningrad. departemen, 1977 - 496 hal.

Rumyantsev O.V. Peralatan untuk toko sintesis tekanan tinggi di industri nitrogen; Prok. untuk universitas - M.: Kimia, 1970 - 376 hal.

10. Sokolov R.S. Teknologi kimia: buku teks. tunjangan bagi siswa. lebih tinggi buku pelajaran institusi: Dalam 2 T. - M.: Humanit ed. pusat VLADOS, 2000. - V.1: Produksi kimia dalam aktivitas antropogenik. Pertanyaan dasar teknologi kimia. Produksi zat anorganik. - 368 hal.

Buku Pegangan Azotchik./Ed. Melnikova E.Ya. - V.2: Produksi asam nitrat. Produksi pupuk nitrogen. Bahan dan peralatan khusus dasar. Pasokan energi. Rekayasa keselamatan. - M.: Kimia - 1969. - 448s.

Teknologi kimia zat anorganik: Dalam 2 buku. Buku 1. Buku teks / T.G. Akhmetov, R.G. Porfiryeva, L.G. gisin. - M.: Lebih tinggi. sekolah, 2002. 688s.: sakit.

Korobochkin V.V. Teknologi asam nitrat. - Rumah penerbitan Universitas Politeknik Tomsk. 2012.